CN111719509A - 一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温板及其保温防渗防冻胀方法，所述保温防冻胀相变保温板包括，相变保温防渗板、逆止毛管和混凝土板，相变保温防渗板与逆止毛管连通，混凝土板设置在相变保温防渗板上，相变保温防渗板排列设置多个格构，格构四侧壁设有连通孔，相变保温防渗板的四边设置有长挡板，将配置好盐溶液从注液口注入到相变保温防渗板内，经连通孔在格构间流动，形成相变层。逆止毛管***土壤一端汲取土壤中多余的孔隙水，为相变层填充材料。相变层在气温和太阳辐射昼夜变化下很好的储热放热，保持土壤正温。且以当地农业废弃塑料重塑作为材料，具有柔性和防渗作用，并且塑料导热性能差有很好的保温隔热的效果。

Description

一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温板

技术领域

本发明涉及水利工程领域，尤其涉及一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温板。

背景技术

中国西北的地区如内蒙古、新疆等地，由于干旱、昼夜温差大且蒸发严重，灌区土壤极易发生盐碱化现象，同时冬季低温造成渠道基土冻胀和衬砌破坏严重的冻害问题。而冻害问题形成的原因主要是气温、土壤和水分这三个要素，其中气温影响最大、水分、土壤次之。现有技术多主要从气温角度，采用闭孔泡沫板、土工膜+ 保温板等结构对渠基土进行保温、隔热。因此渠基土减缓冻胀的效果不佳，且现有技术的保温层是多层结构，结构较为复杂，长时间易渗水失效。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种以当地土壤咸水作为相变层的填充材料，实现对渠基土的保温、隔热，同时又能有效的缓解咸寒区渠基土冻胀破坏和使用过程渗漏等问题。

本发明中利用盐溶液的通过相变储热和放热，对渠基土进行加热。当盐溶液的冰点较高，在夜晚低温环境中能迅速达到冰点，相变过程结束后，由于冰的比热容较低，在长时间的夜晚低温环境中，温度持续快速下降，到了白昼，吸收的热量要先使冰相升温至熔点，才能融化成比热更大的液相，导致盐溶液在白昼储存的热能变少。

当盐溶液的冰点较低，在夜间低温条件下，需经过较长时间才能达到盐溶液相变点，难以利用到溶液冻结时释放的大量潜热，使渠道失去额外的补充热源。

因此，在一定的气温、周期性的太阳辐射条件下，盐溶液存在一个“最优冰点”或“最优温度范围”，当冰点等于“最优点”或处于“最优温度”范围内时，盐溶液能维持良好的固-液相变周期性，持续利用白昼的热量输入对夜晚低温进行调节，对渠道衬砌达到良好的主动保温效果。

我国西北地区输水渠道沿线中盐度地下水分布范围较广，且土壤主要为弱盐渍土(含盐量为0.3％-1％)和中盐渍土(含盐量为 1％-5％)，故选择最小含盐量为0.2％，含盐量变化梯度为1.4％，最大含盐量为4.4％，有利于就地取材，获得相变层所需要的填充材料。

同时，塑料具有柔性、塑料不透水且导热性能差，能够吸收适应土体冻胀产生的变形，降低对混凝土衬砌板的破坏；既有优秀的防渗效果，又能避免渠基土与外界进行热量交换，达到保温隔热的效果，对咸寒区渠基土和衬砌有很好的保温和防冻胀效果。

基于上述技术原理，本发明采用了以下技术方案解决当前存在的技术问题：一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温板，包括混凝土板、相变保温防渗板，所述混凝土板设置在所述相变保温防渗板上，所述相变保温防渗板包括多个格构、相变层、长挡板、注液口、出液口和底板。

进一步，所述相变保温防渗板的厚度不小于200mm，采用注塑成型工艺，多个所述格构顺序一体设置在所述相变保温防渗板上，所述格构是横截面为正方形的长方体，所述相变保温防渗板的四个侧边上设有高度不小于150mm的所述长挡板，并与底板一体形成所述相变保温防渗板的主体框架，所述相变保温防渗板上端面开设有注液口和出液口。

进一步，所述格构的四侧壁设有开孔，即格构间横向连通孔和格构间竖向连通孔，所述相变层中的相变材料，经所述格构间横向连通孔和格构间竖向连通孔在各个所述格构之间流通，以确保每一所述格构的所述相变层的厚度，不小于所述格构间横向连通孔和所述格构间竖向连通孔的底边高度。

进一步，所述逆止毛管一端设置在所述底板上，与所述相变保温防渗板一体式连通，所述逆止毛管的长度不小于250mm，所述逆止毛管靠近所述相变保温防渗板一端的孔径尺寸大于另一端的孔径尺寸。

进一步，通过所述注液口注入填充材料到所述相变保温防渗板中，每一所述格构均得到所述相变层，填充材料过程中，所述出液口保持敞开状态，既能平衡大气压强，保证填充液进入保温板内，又能在注液过多时，排出多余液体。注液完成后封闭所述注液口和出液口，在所述长挡板内浇筑混凝土材料，形成混凝土渠道衬砌表面。

进一步，由于冰水密度比为0.9，故所述相变保温防渗板内盛放占总容积90％的填充材料。

优选的，所述相变层的填充填充材料，是质量分数范围为 0.2％-1.6％之间的硫酸盐或硝酸盐溶液。

优选的，即所述相变层中填充的相变材料由两部分组成：

一是人为配置的容量占所述相变保温防渗板容积的80％，其质量分数为1％的硝酸盐溶液或硫酸盐溶液；

二是西北咸寒区当地土壤内常见的含硝酸盐和硫酸盐水，将所述逆止毛管***土壤中，土壤中多余的孔隙水通过所述逆止毛管，导入进所述相变保温防渗板内，占所述相变保温防渗板容积的10％，所述逆止毛管还能阻止所述相变保温防渗板内的填充材料流入土壤，以此降低该区域内土壤的水分，进一步缓解土层的冻胀量。

优选的，所述相变层采用的填充材料，其浓度在0.2-1.6％范围内。

优选的，所述相变保温防渗板的厚度200mm，所述格构的尺寸为500mm×500mm×200m，所述相变保温防渗板具有一定的承载能力。

优选的，所述长挡板的高150mm。

优选的，所述格构间横向连通孔和格构间竖向连通孔的孔径为 40mm。

优选的，回收西北地区农户家中废弃的塑料大棚或滴灌带等废弃塑料制品并将其融化，作为所述相变保温防渗板的原材料，塑料的成分主要是：PVC(聚氯乙烯)、PE(聚乙烯)、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)。

优选的，注塑成型工艺具体流程为：备料-合模-填充-保压-冷却-开模-脱模等，制作得到所述相变保温防渗板、格构和所述逆止毛管，所述逆止毛管一端设置在所述底板上，与所述相变保温防渗板一体式连通，所述逆止毛管与所述底板连接采用过渡段圆弧结构的圆弧段，所述逆止毛管长200mm，靠近所述相变保温防渗板一端的孔径为10mm，另一端的孔径为3mm。

本发明的有益效果是：

首先，本发明所述的一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温防渗板，采用西北地区塑料大棚和滴灌带废弃塑料熔融后重塑形成的塑料，作为所述相变保温防渗板的原材料；其一，有效的降低渠道工程的经济成本，为环境保护也作出贡献；其二，塑料具有柔性，能够吸收适应土体冻胀产生的变形，降低对混凝土衬砌板的破坏；其三，塑料不透水、导热性能差，既能达到防渗效果，又能避免渠基土与外界进行热量交换，达到保温隔热的效果，对咸寒区渠基土和衬砌有很好的保温和防冻胀效果；其四，本发明采用备料-合模- 填充-保压-冷却-开模-脱模的注塑成型工艺，一体化得到所述的一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温防渗板，其性能和结构更稳定，能更好的实现抗冻胀的要求。

再者，所述相变保温防渗板内的所述相变层，在太阳辐射热量输入和负温环境作用下，所述相变层内的相变溶液浓度在 0.2％-1.6％范围内，所述相变层日间气温低于0℃可以维持液态而存储最多的辐射热量，在夜间温度更低时结冰相变放出热量抵抗负温，提升土体的温度，达到减少渠基土冻胀的发生，所述逆止毛管将土壤中多余的孔隙水导入到所述相变保温防渗板中，既能所述相变层提供补充填充材料，降低土壤中的水分含量，又能防止保温板内水进入土层，缓解渠基土土层的冻胀量。据此，本发明在保温措施上进行改进，就地取材，采用西北地区地下的咸水作为相变材料，利用西北地区丰富的太阳能资源，将太阳辐射所产生的热量存储在相变溶液中，在夜间温度低于材料冰点时，材料发生由液态转化为固态，放出白天吸收的热量，对渠基土加热，减少其冻胀破坏。工程成本较低，充分利用当地现有资源，在工程上更加具有可实施性。

另外，所述逆止毛管与所述底板连接采用过渡段圆弧结构的圆弧段，其一，圆弧段的设置便于逆支毛管在吸收土壤水分时，土壤水平滑的进入到保温板中；其二，低温下渠基土产生冻胀变形，对所述相变保温防渗板及逆止毛管造成挤压，使其发生变形，圆弧段的设置可以防止产生应力集中现象，更好的保证逆止毛管不断从土体中吸收盐溶液。

最后，所述相变保温防渗板具有一定厚度，由多个所述格构组成，所述格构是横截面为正方形的长方体，所述相变保温防渗板具有一定的承载力，所述相变保温防渗板四边设置有长挡板，在所述长挡板内填充混凝土材料形成混凝土保温防渗一体化衬砌结构。本发明所述的一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温防渗板，结构简单稳定同时提高了渠道利用率。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2是本发明的俯视图。

图3是图1中格构的结构示意图。

图4是图1中相变保温防渗板和逆止毛管的连接细节图。

图5是保温板和逆止毛细管为一体结构的工艺流程图。

图6是质量分数为0.2％的盐溶液温度历史。

图7是质量分数为1.6％的盐溶液温度历史。

图8是质量分数为3.0％的盐溶液温度历史。

图9是质量分数为4.4％的盐溶液温度历史。

其中：1-相变保温防渗板，11-格构，12-相变层，13-长挡板， 14-格构间横向连通孔，15-格构间竖向连通孔，161-注液口，162- 出液口，17-底板，2-逆止毛管，21-圆弧段，3-混凝土板。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。

本发明提供了一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温板，该保温板设计简单且结构稳定，材料成本低，可实现咸寒区渠基土的保温，可有效防止衬砌有防冻胀破坏，下面结合附图进一步阐述本发明:

参照附图1-图2本实施例中提供的，一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温板，包括相变保温防渗板1、逆止毛管2和混凝土板 3,所述相变保温防渗板1的厚度不小于200mm，所述混凝土板3设置在所述相变保温防渗板1上，参照附图5，采用注塑成型工艺，制得所述相变保温防渗板1、格构11和所述逆止毛细管2一体结构，具体工艺流程：备料-合模-填充-保压-冷却-开模-脱模。

所述相变保温防渗板1包括多个格构11、相变层12、长挡板 13、注液口161、出液口162和底板17，所述格构11顺序排列设置在相变保温防渗板1上，参照附图1和附图2，当所述相变保温防渗板1被设置在渠基土壤中时，所述注液口161被开设在所述相变保温防渗板1位置，对应水平位置最低的格构11处，填充材料从该格构11开始依次向上填充各个格构11，所述出液口162被开设在所述相变保温防渗板1位置，对应水平位置最高的格构11处，防止所述相变保温防渗板1内填充材料过多，用于排出多余液体。参照附图3，所述格构11是横截面为正方形的中空长方体结构，所述格构11四侧壁开设有孔径不小于20mm的连通孔，即格构间横向连通孔14、格构间竖向连通孔15，所述相变保温防渗板1上端面还开设有孔径大小为20-40mm的注液口161和出液口162，人工配置一定浓度的硝酸盐或硫酸盐溶液作为所述相变层12的填充材料，从所述注液口161注入到所述相变保温板1中，填充材料经所述格构间横向连通孔14和格构间竖向连通孔15，在所述相变保温防渗板1的各个所述格构11之间流通，进而各个所述格构11的空间内均形成所述相变层12，在填充材料过程中，所述出液口162处于敞开状态，平衡大气压强，保证填充液进入保温板内，同时在注液过多时，排出多余液体。

所述逆止毛管2设置在所述底板17上，其一端与所述相变保温防渗板1的一体式连通，所述逆止毛管2长度不小于200mm，参照附图4，所述逆止毛管2与所述底板17连接，另一端***土壤中，且与所述相变保温防渗板1连通一端的孔径大于***土壤一端的孔径，所述逆止毛管2能将土壤中多余的孔隙水导入所述相变保温防渗板1中，同防止所述相变保温防渗板1内的填充材料流失进入土壤。其中所述逆止毛管2与所述底板17连接采用过渡段圆弧结构的圆弧段21，优异点有二：其一，圆弧段21的设置便于逆支毛管 2在吸收土壤水分时，土壤中的孔隙水平滑的进入到所述相变保温防渗板1中；其二，低温下渠基土产生冻胀变形，对所述相变保温防渗板1及逆止毛管2造成挤压发生变形，圆弧段21的设置可以防止产生应力集中现象，更好的保证逆止毛管2不断从土体中吸收盐溶液。

所述相变层12的填充材料的确定，相变蓄热材料根据化学成分的不同，可以分为有机类、无机类和复合类。无机类相变蓄热材料主要有盐溶液类、结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等。水是最为常见最易获得的一种相变材料，冰-水相变过程中的表现出的相变潜热大、导热系数高等优良物理性质，已经被广泛应用在低温领域,但由于其相变温度固定为0℃，而相变前后，两相的比热容差距较大(水的比热容为4.2kJ/(kg·℃)冰的比热容是：2.1 kJ/(kg·℃))，影响热量的储存和释放，故不考虑将水作为本发明的相变蓄热材料。

我国西北部广泛分布着盐渍土，蔡正银、吴志强等从乌鲁木齐附近某大型输水干渠选取了典型渠基土，按规定对土料进行了易溶盐试验。其试验结果表明，取回渠基土的易溶盐总量质量百分数为 0.2％，所含盐种类为硫酸钠、氯化钠、氯化钙和碳酸氢钠等，其中主要易溶盐成分为硫酸钠，约占易溶盐总量的48.5％，另一方面由于人类的工农业生产和其他社会活动的影响，如：生产生活污水和工业废水、滥用肥料、生活垃圾的渗滤液下渗等，地下水中存在着广泛的硝酸盐污染，主要以硝酸根的形式存在于地下水中。因此试验样品确定为质量分数不同的硝酸钠与硫酸钠混合溶液，溶液中硝酸钠与硫酸钠的质量分数相等。结合西北地区长期的负温环境及周期性的太阳辐射条件下，盐溶液的相变点对于溶液是否能维持良好的固-液相变周期性影响较大，决定了其是否能长期地利用白昼辐射吸收的热量，对夜晚较长时间的低温进行调控，对渠道内部进行保温，延长输水时间，使渠基土不冻结，从而不产生冻胀。

当盐溶液的冰点较高，在夜晚低温环境中能迅速达到冰点，相变过程结束后，由于冰的比热容较低，在长时间的夜晚低温环境中，温度持续快速下降，到了白昼，吸收的热量要先使冰相升温至熔点，才能融化成比热更大的液相，导致盐溶液在白昼储存的热能变少。

当盐溶液的冰点较低，在夜间低温条件下，需经过较长时间才能达到盐溶液相变点，难以利用到溶液冻结时释放的大量潜热，使渠道失去额外的补充热源。

因此，在一定的气温、周期性的太阳辐射条件下，盐溶液存在一个“最优冰点”或“最优温度范围”，当冰点等于“最优点”或处于“最优温度”范围内时，盐溶液能维持良好的固-液相变周期性，持续利用白昼的热量输入对夜晚低温进行调节，对渠道衬砌达到良好的主动保温效果。

我国西北地区输水渠道沿线中盐度地下水分布范围较广，且土壤主要为弱盐渍土(含盐量为0.3％-1％)和中盐渍土(含盐量为 1％-5％)，故选择最小含盐量为0.2％，含盐量变化梯度为1.4％，最大含盐量为4.4％。运用DSC法测得各质量分数盐溶液的相变温度，储热量、相变潜热等热性能分析结果。通过COMSOL数值模拟，建立考虑相变传热和太阳辐射热源的衬砌板模型，分析衬砌板材料的温度历时，得到不同浓度的相变温度填充溶液的蓄热保温效果。

利用DSC法测得各质量分数盐溶液相变温度与相变潜热，见表 1：

表1 DSC实测结果

由表1可知：随着盐溶液质量分数的提高，由于溶液中不同分子的相互影响，其相变点不断下降，盐溶液的相变潜热随其溶质质量分数的变大而略有减小。

利用COMSOL建立含相变的衬砌保温模型：外界环境温度取北疆地区年均气温-15℃；太阳辐射模拟利用了COMSOL自带的外部辐射源组件；利用固体传热模型对塑料格构区域进行模拟，固体传热介质为已定义的固体材料(塑料、混凝土、冰)；

同时，定义咸水在冰点发生相变转化为冰，其热性能发生改变，变为冰的相关热物理参数，高于熔点时重新变为咸水，咸水和冰之间的转变间隔ΔT(完成相变过程所经历的温度变化)设为1K。模型所采用的材料热物理参数见表2所示，其中盐溶液的相变潜热值由DSC法测试得出。模拟结果如附图6-9所示：

表2材料基本参数

由上表2和附图6-9可知，质量分数为0.2％的盐溶液和质量分数为1.6％的盐溶液，盐溶液在-15℃的低温环境和周期性的太阳辐射条件下，表现出良好的盐溶液固-液相变周期性，温度周期性变化时间较长，但质量分数为0.2％的盐溶液温度峰值和正温维持时间均呈走低趋势，质量分数为1.6％的盐溶液则表现出更稳定的保温性能，大部分时间能将衬砌底部温度维持在0℃附近。而质量分数为 0.3％和质量分数为4.4％盐溶液未呈现明显的固-液相变周期性，随着时间段额增减，溶液温度不断降低并缓慢将至-15℃。

结合以上现象进行分析：在-15℃的外界温度和周期性的太阳辐射条件下，存在一个“最优冰点”或“最优温度范围”，当盐溶液冰点处于该范围时，在外界环境和太阳辐射作用下，溶液会发生固-液相变循环，不断将吸收的热量以相变潜热的方式进行释放。在模拟中盐溶液浓度从0.2％增加到1.6％，溶液冰点下降，但其冰点在“最优冰点”温度范围内变化，能够进行固-液相变周期性的转变；而盐溶液浓度在3.0％-4.4％变化范围内时，冰点温度不在“最优冰点”温度范围内，无法进行周期性的固-液相变转化。

综上，可以得到质量分数范围为0.2％-1.6％的硫酸盐或硝酸盐溶液，外界环境温度取北疆地区年均气温-15℃，盐溶液能维持良好的固-液相变周期性，持续利用白昼的热量输入对夜晚低温进行调节，对渠道衬砌达到良好的主动保温效果，并且在工程施工中符合工程实际，有利于本发明在工程实际中的应用。

由于冰水密度比为0.9，故所述相变保温防渗板1内最多装有 90％的填充材料，即所述相变层12的填充材料来源于两部分：一是上述人工配置质量分数为1％的硝酸盐或硫酸盐溶液通过所述注液口161注入所述相变保温防渗板1中，占所述相变保温防渗板1容积的80％，二是通过所述逆止毛管2汲取的土壤中多余的孔隙水，其容量占所述相变保温防渗板1容积的10％，最终所述相变层12 的浓度在0.2％-1.6％的范围之间，填充材料的冰点处于“最优冰点”，能够进行固-液相变周期性的转变。最大可能的，储热放热，对渠道基土进行加热保温。

所述相变保温防渗板1的四侧边设置有高度不小于150mm的长挡板13，与底板17一体形成所述相变保温防渗板1的主体框架，当注液完成后，所述注液口161和出液口162被封闭，向所述长挡板13内浇筑混凝土材料，得到所述混凝土板3，形成混凝土保温防渗一体化衬砌结构。

所述相变保温防渗板1、所述格构11和所述逆止毛管2的材料，是采用西北地区塑料大棚和滴灌带废弃塑料回收熔融后重塑形成的塑料，主要成分为PVC(聚氯乙烯)、PE(聚乙烯)、EVA(乙烯- 醋酸乙烯共聚物)，有效降低渠道工程的经济成本。

实施例：

以乌鲁木齐地区为例，一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温板，包括相变保温防渗板1、逆止毛管2和混凝土板3,所述相变保温防渗板1的高200mm，所述混凝土板3设置在所述相变保温防渗板1上，所述逆止毛管2采用注塑成型工艺，与所述相变保温防渗板1底部一体式连通，且所述相变保温防渗板1连接采用过渡段圆弧结构的圆弧段21。

所述相变保温防渗板1包括多个格构11、相变层12、长挡板 13、注液口161、出液口162和底板17，所述格构11顺序排列设置在相变保温防渗板1上，所述格构11是200mm×500mm×500mm 的中空长方体结构，所述格构11四侧壁中心位置开设有孔径为 20mm的连通孔，即格构间横向连通孔14、格构间竖向连通孔15，所述相变保温防渗板1上端面还开设有孔径为30mm的注液口161 和出液口162，注入人工配置浓度为1％的硝酸盐或硫酸盐溶液作为所述相变层12的填充材料，该填充材料经所述格构间横向连通孔 14和格构间竖向连通孔15，在所述相变保温防渗板1的各个所述格构11之间流通，进而各个所述格构11空间内均形成所述相变层 12，此时，所述出液口162处于敞开状态，平衡大气压强，保证填充液进入保温板内，同时防止注液过多时，排出多余液体。

所述逆止毛管2一端设置在所述底板17上，与所述相变保温防渗板1一体式连通，另一端***土壤中，所述逆止毛管2长度是 250mm，靠近所述相变保温防渗板1一端的孔径为10mm，***土壤一端的孔径为3mm。所述逆止毛管2能将土壤中多余的孔隙水导入所述相变保温防渗板1中，同放置所述相变保温防渗板1内的填充材料流失进土壤中。

综上，由于冰水密度比为0.9，故所述相变保温防渗板1内最多装有90％的填充材料，即所述相变层12的填充材料来源于两部分：一是上述人工配置的浓度为1％的硝酸盐或硫酸盐溶液通过所述注液口161注入所述相变保温防渗板1中，占所述相变保温防渗板1 容积的80％，二是通过所述逆止毛管2汲取土壤中多余的孔隙水，占所述相变保温防渗板1容积的10％。经分析计算，混合后的相变材料浓度范围为0.8％-1.3％，在0.2-1.6％浓度范围内，即所述相变层12从西北咸寒区当地土壤内吸收补充的含硝酸盐和硫酸盐水，不影响其储热放热效果。

所述相变保温防渗板1的四侧边设置有高150mm的长挡板13，与底板17一体形成所述相变保温防渗板1的主体框架。注液完成后采用旋盖方式，封闭所述注液口161和出液口162，向所述长挡板13内浇筑混凝土材料，得到所述混凝土板3，形成混凝土保温防渗一体化衬砌结构。

所述相变保温防渗板1、所述格构11和所述逆止毛管2的材料，是采用乌鲁木齐当地塑料大棚和滴灌带废弃塑料回收熔融后重塑形成的塑料。从废旧塑料到制备相变保温防渗板1、所述格构11 和所述逆止毛管2的具体流程步骤如下：

1)废弃塑料制品的收集与筛选

收集当地农民家中废弃的塑料制品包废弃的塑料大棚及滴灌带等材料，因其成分复杂，不仅会对塑料加工造成困难影响成品的质量，并且可能会损害加工设备，所以需要对其进行筛分，采用的静电筛分法，先将塑料粉碎成面积约为10mm2的小块，经干燥后，利用高压电极进行分选，将不同塑料制品分类。

2)清洗及干燥

废旧塑料通常在不同程度上沾染有油污，垃圾，泥沙等，这些杂质会严重影响再生塑料制品的质量，因此，必须对废旧塑料进行清洗，清洗方法采用机械清洗法：将废旧塑料放在装有热的碱水溶液的溶器中浸泡一定时间，然后通过机械搅拌使薄膜彼此磨擦和撞击，以达到除去沾染的污物的目的，再取出清洗后的塑料。

3)再生造粒

经清洗干燥的废旧在成型加工前一般要进行造粒。废旧塑料一般经过使用后均产生不同程度的老化，所含助剂也有不同程度的损失。所以在造粒前常需适当补充某些助剂，尤其是软质聚乙烯塑料，常需补充加入增塑剂，稳定剂等添加剂。向干燥后的废旧塑料添加添加剂后进行熔融后形成再生塑料颗粒。

上述塑料的主要成分为PVC(聚氯乙烯)、PE(聚乙烯)、EVA (乙烯-醋酸乙烯共聚物)，采用当地塑料大棚和滴灌带废弃塑料回收熔融后重塑，作为相变保温防渗板1、所述格构11和所述逆止毛管2原材料原材料，有效降低渠道工程的经济成本。

本实施例中提供的，一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温板的保温防渗防冻胀方法包括以下步骤：

1)将所述相变保温防渗板1埋设在渠基土之上，所述逆止毛管2远离所述相变保温防渗板1一端被***渠基土壤中，具有一定的倾斜角度；

2)通过所述注液口161，将人工配置好的质量分数为1％的硝酸盐溶液或硫酸盐溶液注入所述相变保温防渗板1中，作为所述相变层12的填充材料，其容量占所述相变保温防渗板1容积的80％，填充材料时所述出液口162处于敞开状态，以平衡大气压强，保证填充液进入保温板内，同时在注液过多时，排出多余液体，注入完成后采用旋盖方式，封闭注液口161和出液口162；

3)所述逆止毛管2，将土壤中多余的孔隙水导入到所述相变保温防渗板1中，为所述相变层12补充相变材料，且能防止所述相变层12中的填充材料流失进土壤中；

4)向所述长挡板13所围筑的范围内浇筑混凝土材料，得到所述混凝土板3，形成渠道衬砌表面。

上述步骤2和步骤4中，所述相变层12的厚度大于所述格构 11侧壁上的所述格构间横向连通孔14或格构间竖向连通孔15的孔径边界的最低高度时，所述相变层12内的相变材料经所述格构间横向连通孔14和所述格构间竖向连通孔15，流向其他所述格构11，填充该所述格构11的所述相变层12，使每一所述格构11中都能形成所述相变层12，且所述相变层12的厚度，不小于所述所述格构间横向连通孔14或所述格构间竖向连通孔15底边高度。

上述步骤4中，利用逆止毛管2吸收乌鲁木齐当地土壤内常见的含硝酸盐和硫酸盐水，容量占所述相变保温防渗板1容积的10％，经研究分析，乌鲁木齐当地土壤主要为含盐量0.3％-1％的弱盐渍土和含盐量1％-5％的中盐渍土，将含盐量0.3％和5％分别代入所述相变层12内相变材料浓度计算公式：

计算混合后的相变材料浓度为0.8％和1.3％，在0.2-1.6％浓度范围内，所述相变层12从乌鲁木齐当地土壤内吸收补充的含硝酸盐和硫酸盐水，不影响其储热放热效果。同时，所述逆止毛细管2 将土壤中多余的孔隙水，导入所述相变保温防渗板1内，防止所述保温防渗板1内水进入土层，以此降低土壤内的水分，进一步降低土层的冻胀量。

结合新疆地区长期的负温环境及周期性的太阳辐射条件下，盐溶液的相变点对于溶液是否能维持良好的固-液相变周期性影响较大，决定了其是否能长期地利用白昼辐射吸收的热量，对夜晚较长时间的低温进行调控，对渠道内部进行保温，延长输水时间，使渠基土不冻结，从而不产生冻胀。

本发明就地采用当地土壤中的盐水作为所述相变保温防渗板1 的所述相变层12的填充材料，所述相变层12在当地太阳热辐射和气温的作用储热放热，缓解渠基土的冻胀现象，取材的工程成本低，更具有实用性。同时，本发明回收当地农业种植中的废弃塑料作为所述相变保温防渗板1的原材料，使所述相变保温防渗板1具有柔性适应土体冻胀产生的变形，减小对混凝土衬砌板的破坏，具有不透水性，能够很好的起到防渗作用；同时塑料导热性能差，能够有效避免渠基土与外界进行热量交换，保温隔热的效果更佳，本发明中提供的一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温板，材料节能环保、结构简单稳定、不易渗漏冻裂、生命周期长，同时良好的保温防冻胀效果使渠道的利用率被提高，在工程上具有更高的可实施性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温板，其特征在于：包括相变保温防渗板(1)和混凝土板(3)；

所述相变保温防渗板(1)包括多个格构(11)、相变层(12)、长挡板(13)、注液口(161)、出液口(162)和底板(17)；

所述格构(11)是空心长方体结构，排列设置在所述相变保温防渗板(1)上，每个所述格构(11)内均存放相变材料，形成所述相变层(12)，所述长挡板(13)设置在所述相变保温防渗板(1)的四个侧边上，并与底板(17)一体形成所述相变保温防渗板(1)的主体框架，所述注液口(161)和出液口(162)被开设在所述相变保温防渗板(1)上端面；

所述相变保温防渗板(1)的所述长挡板(13)内浇筑有混凝土材料，形成所述混凝土板(3)；

所述底板(17)上连通设置有逆止毛管(2)，所述逆止毛管(2)靠近所述相变保温防渗板(1)一端的孔径大于远离所述相变保温防渗板(1)一端的孔径。

2.根据权利要求1所述的一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温板，其特征在于：相变层(12)采用质量分数为1％的硝酸盐溶液或硫酸盐溶液材料，其容量占所述相变保温防渗板(1)容积的80％。

3.根据权利要求1所述的一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温板，其特征在于：相变层(12)利用所述逆止毛管(2)汲取的西北咸寒区当地土壤内常见的含硝酸盐和硫酸盐水，形成保温层，为渠道提供热量，其容量占所述相变保温防渗板(1)容积的10％。

4.根据权利要求1-3所述的一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温板，其特征在于：所述格构(11)四侧壁设有开孔，格构间横向孔(14)和格构间竖向孔(15)，用于所述相变层(12)在各个所述格构(11)之间流通。

5.根据权利要求1所述的一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温板，其特征在于，所述相变保温防渗板(1)的厚度是200mm，所述格构(11)是500mm×500mm见方的长方体。

6.根据权利要求1所述的一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温板，其特征在于，所述逆止毛管(2)和所述底板(17)连接部为过渡段圆弧段(21)，所述逆止毛管(2)长250mm，靠近所述相变保温防渗板(1)一端的孔径为10mm，另一端孔径为3mm。

7.根权利要求1所述的一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温板的保温防渗防冻胀方法，其特征在于它包括以下步骤：

S1、搭建渠基保温防冻胀框架

将相变保温防渗板(1)固定设置在渠基土之上；

S2、构造相变层(12)

a.通过所述注液口(161)，将配置好的填充材料注入所述相变保温防渗板(1)中，填充材料过程中，所述出液口(162)保持敞开状态，以平衡大气压强，保证填充液进入保温板内，同时防止注液过多，排出多余液体，注液完成后封闭所述注液口(161)和出液口(162)；

b.所述逆止毛管(2)将土壤中多余的孔隙水，导入到所述相变保温防渗板(1)中，同时防止所述相变保温防渗板(1)中的溶液倒流进土壤；

S3、铺设混凝土板(3)

向所述长挡板(13)内浇筑混凝土材料，形成所述混凝土板(3)，即得到混凝土保温防渗一体化衬砌结构；

S4、防渗保温防冻胀

a、防渗：在咸寒区环境中，将所述相变保温防渗板(1)固定设置在渠基上，所述相变保温防渗板(1)是一体式结构，具有密封防渗的效果；

b、保温防冻胀：

当处于咸寒区，所述相变保温防渗板(1)的材质为塑料，塑料具有柔性，你能够吸收适应土体冻胀产生的变形，降低对混凝土衬砌板的破坏，且塑料不透水、导热性能差，既能达到防渗效果，又能避免渠基土与外界进行热量交换，达到保温隔热的效果，实现对渠道的一次保温防冻胀保护；

当处于咸寒区平均气温-15℃以及周期性的太阳辐射条件下，盐溶液在日间白昼辐射吸收的热量，在夜间低温环境溶液冻结时释放潜热，基于上述原理，所述相变层(12)的填充材料由人工配置的硝酸盐溶液或硫酸盐溶液和咸寒区当地土壤孔隙水两部分组成，人工配置的硝酸盐溶液或硫酸盐溶液材料通过所述注液口(161)注入所述相变保温防渗板(1)中，其容量占所述相变保温防渗板(1)容积的80％，填充材料过程中，所述出液口(162)保持敞开状态，以平衡大气压强，保证填充液进入保温板内，同时防止注液过多，排出多余液体，所述逆止毛管(2)将咸寒区当地土壤中多余的孔隙水导入到所述相变保温防渗板(1)中，同时防止所述相变层(2)内的填充材料流进土壤，所述相变层(12)能维持良好的固-液相变周期性，持续利用白昼的热量输入对夜晚低温进行调节，能对渠道衬砌达到良好的主动保温效果，渠道内部进行保温，抵抗负温提升土体的温度，减少渠基土冻胀的发生，从而对渠道的二次保温防冻胀保护。

8.根据权利要求7所述的一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温板的保温防渗防冻胀方法，其特征在于：

所述相变层(12)内填充的相变材料的浓度在0.2％-1.6％的范围之间，其中人工配置的硝酸盐或硫酸盐溶液质量分数为1％；

当所述相变层(12)的厚度大于所述格构间横向连通孔(14)或所述格构间竖向连通孔(15)的底边高度时，再向所述相变层(12)填充的相变材料，通过所述格构间横向连通孔(14)和所述格构间竖向连通孔(15)，流向下一所述格构(11)，填充该格构(11)的所述相变层(12)，因此，各个所述格构(11)的所述相变层(12)的厚度，都能不小于所述格构间横向连通孔(14)或所述格构间竖向连通孔(15)的底边高度。

9.根据权利要求7或8所述的一种咸寒区渠基土保温防冻胀相变保温板的保温防渗防冻胀方法，其特征在于：回收西北地区农户家中废弃的塑料大棚或滴灌带等废弃塑料制品并将其融化，作为所述相变保温防渗板(1)、格构(11)和逆止毛管(2)的原材料。

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